织物规格对热防护织物性能的影响

朱 雯 唐 虹 张成蛟 孙启龙

（1.南通大学，江苏南通，226019；2.安全防护用特种纤维复合材料研发国家地方联合工程研究中心，江苏南通，226019）

消防、石油化工、电力等行业的作业人员面临的高温高热环境复杂多变，火焰、高温、冲击波及有毒气体易透过服装使工作人员的身体受到大面积烧伤甚至丧失生命，给个人、家庭、企业和社会造成巨大的损失。热防护服装作为最有效的功能防护装备，对保护相关作业人员的生命安全及提高作业效率有着十分重要的作用［1⁃5］。

目前，关于热防护服装的性能研究多针对其热防护性能，但织物开发使用过程中其性能受多重因素影响［6］。其中，混纺纱中各纤维的混纺比和织物单位面积质量的组合作用对织物热防护性能的影响有必要进行系统研究。本研究制备了16种热防护面料，系统研究了4种纱线混纺比和4种单位面积质量的织物透气性能、力学性能、阻燃性能和热防护性能，为开发高品质热防护织物提供参考。

1 试验

1.1 织物规格

热防护面料采用芳纶1313、阻燃粘胶、芳纶1414和导电纤维混纺纱织造而成，混纺纱混纺比有4种，分别为93/0/5/2、70/23/5/2、46/47/5/2和23/70/5/2。芳纶1313可以提高面料的强度，保证其优良的热稳定性和阻燃性能；阻燃粘胶舒适耐用，可以提高织物的舒适性；芳纶1414热稳定性良好，可以减少织物的热收缩率；导电纤维可以消除织物上积聚的静电。

纱线线密度有两种，分别为16.9 tex×2和22.7 tex×2。织物单位面积质量有4种，分别为180 g/m2、210 g/m2、240 g/m2、270 g/m2。为研究原料配比及单位面积质量对织物热防护性能的影响规律，在相同织造工艺下制备了共计16种热防护织物，具体规格见表1。其中，同一编号的织物经纬纱相同，均为2合股纱线；混纺比中a表示芳纶1313，b表示阻燃粘胶，c表示芳纶1414，d表示导电纤维。

表1 热防护织物规格

1.2 织物性能测试

按照GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》，采用YG（B）461E型数字式织物透气性能测定仪测试。试样面积20 cm2，压强100 Pa，同一织物不同位置测试5次，结果取平均值。

力学性能主要通过拉伸性能和撕破性能表征。采用YG⁃026D型多功能电子织物强力机测试。拉伸性能按照GB/T 3923.1—2013《纺织品织物拉伸性能第2部分：断裂强力和断裂伸长率的测定（条样法）》，试样尺寸200 mm×50 mm，每块试样经纬向各测试5块，结果取平均值。撕破性能测试按照GB/T 3917.3—2009《纺织品 织物撕破性能第3部分：梯形试样撕破强力的测定》，试样尺寸200 mm×50 mm，每块试样经纬向各测试5块，结果取平均值。

按照GB/T 5455—2014《纺织品 燃烧性能垂直方向损毁长度、阴燃和续燃时间的测定》测试，每块试样经纬向各测试3块，记录阴燃时间、续燃时间和损毁长度，结果取平均值。

按照GA 10—2014《消防员灭火防护服》，采用热防护性能测试仪测试。试样尺寸150 mm×150 mm，每块试样测试5块，记录热流量值和达到二级烧伤时间，计算T P P值。T P P值=热流量值×达到二级烧伤时间。测试结果取平均值。

2 测试结果与讨论

2.1 透气性能

透气性能对热防护面料的舒适性有很重要的影响，16种织物的透气性能测试结果见图1。

图1 各热防护织物透气性对比

由图1可知，在原料配比不变的条件下，随着单位面积质量的增加，热防护织物的透气性能总体呈现下降趋势；这是因为随着织物单位面积质量的增加，单位面积内织物中的纤维含量增加，织物紧度增加，空气不易透过织物，从而使透气性能降低；当织物单位面积质量为240 g/m2时，织物的透气性有所增加，这是因为织物的经密、纬密减小，织物间孔隙增大；另外，在织物单位面积质量相同条件下，随着芳纶1313含量的降低，热防护织物的透气性能没有明显的变化趋势。

2.2 力学性能

力学性能是研究热防护织物的重要性能。本研究对热防护织物的拉伸性能和撕破性能进行了测试，结果见图2和图3。

图3 各热防护织物撕破强力对比

由图2可知，在原料配比不变的条件下，随着单位面积质量的增加，热防护织物的断裂强力增加，这是因为随着单位面积质量增加，单位长度内承受拉伸的纱线增加，从而使拉伸性能提高。另外，在单位面积质量不变的条件下，随着芳纶1313含量的降低，热防护织物的断裂强力也有所降低，这是因为芳纶1313具有优异的力学性能，随着芳纶1313含量的减少，织物的强力降低，从而使拉伸性能减弱。

图2 各热防护织物断裂强力对比

由图3可知，在原料配比不变的条件下，随着单位面积质量的增加，热防护织物的经向撕破强力不断增加，纬向撕破强力先增加后减小。这是因为随着单位面积质量增加，织物越紧密，从而使撕破性能提高，织物的纬向撕破强力在单位面积质量240 g/m2时达到最大；另外，在单位面积质量不变的条件下，随着芳纶1313含量的降低，热防护织物的撕破强力也随之降低。这是因为随着芳纶1313含量的减少，织物的强力降低，从而使撕破性能减弱。

2.3 阻燃性能

16种热防护织物的阻燃性能测试结果见表2。由表2可以看出，16种热防护织物都不存在续燃、阴燃现象，而且损毁长度远小于150 mm。在原料配比不变的条件下，随着单位面积质量的增加，织物的损毁长度没有明显的变化趋势；但是，在织物单位面积质量不变的条件下，随着芳纶1313含量的降低，织物的损毁长度有所增加，这是因为芳纶1313的阻燃性能远好于阻燃粘胶等纤维；芳纶1313含量越高，热防护织物高温下形成的碳化层越紧密，碳化物越容易附着在织物上，可以阻止空气和易燃气体的进入，从而提高织物的阻燃性能［7］。

表2 各热防护织物阻燃性能测试结果

2.4 热防护性能

热防护性能是指透过织物引起人体二度烧伤的热能值。热防护性能的T P P值越高，织物的热防护性能就越强。16块热防护织物的T P P值测试结果见图4。

由图4可见，在原料配比不变的条件下，随着单位面积质量的增加，热防护织物的T P P值增加，这是因为随着单位面积质量增加，单位面积织物中纱线增加，热量不易透过织物对人体造成伤害，故热防护性能提高。另外，在单位面积质量不变的条件下，随着芳纶1313含量的降低，热防护织物的T P P值也有所降低，这是因为随着芳纶1313含量的减少，织物的耐高温性能降低，碳化层结构比较稀疏，不能很好地阻挡热辐射和热能传导，增加了反馈给织物的热量［8］。

图4 各热防护织物的T P P值对比

3 双因素方差分析

为了进一步评估原料配比和单位面积质量对热防护织物性能影响的重要程度，采用双因素方差分析原料配比及单位面积质量对透气性能、力学性能、阻燃性能及热防护性能指标的影响显著水平。当P值小于0.001时，该因素有极显著影响；当P值小于0.01时，该因素有显著影响；当P值小于0.05时，该因素有影响。结果表明：织物的原料配比对织物的拉伸性能、撕破性能、纬向损毁长度以及热防护性能有极显著影响，对经向损毁长度有显著影响；织物的单位面积质量对织物的透气性能、拉伸性能以及热防护性能有极显著影响，对织物的撕破性能以及纬向损毁长度有显著影响。

4 结论

本研究对原料配比和单位面积质量不同的16种热防护织物的透气性能、力学性能、阻燃性能和热防护性能进行了测试分析，并采用双因素方差分析法探讨了原料配比和单位面积质量对其性能的影响，得到以下结论。

（1）单位面积质量对热防护织物的透气性能有极显著影响，这是因为随着单位面积质量的增加，织物的紧度增加，空气不易透过织物；原料配比对织物的透气性能没有显著影响。

（2）原料配比对热防护织物的拉伸性能和撕破性能都有极显著影响，这是因为随着芳纶1313混纺比的增加，织物的强力明显增加；单位面积质量对热防护织物的拉伸性能有极显著影响，对撕破性能有显著影响，这是因为随着单位面积质量增加，织物的紧密程度增加，强力增大。

（3）原料配比对热防护织物的损毁长度有极显著影响，这是因为随着芳纶1313混纺比的增加，织物燃烧形成的碳化层更紧密，附着在织物上不易脱落，进而阻止了空气和易燃气体的进入；单位面积质量对热防护织物的经向损毁长度没有显著影响，但是对纬向损毁长度有显著影响；原料配比及单位面积质量对热防护织物的续燃时间和阴燃时间没有影响。

（4）原料配比和单位面积质量对热防护织物的热防护性能都有极显著影响，这是因为织物的单位面积质量越大，单位面积织物内纱线越多，织物越紧密，热量不易透过织物；当芳纶1313混纺比增加，织物高温下形成的碳化层更紧密，能很好地阻挡热辐射和热传导。